constexpr std::optional 可能的实现

Question

我正在尝试在 constexpr 支持下实施 std::optional 作为一种实践。用法类似于：

constexpr optional<int> x(123);
int arr[*x];

在尝试实现这个时，我遇到了一个我无法解决的问题：在 optional<T> 对象中，我使用 std::aligned_storage_t<sizeof (T), alignof (T)> 对象来存储值，并使用在 optional<T> 的构造函数中放置 new 以将值构造到存储中。但是 placement new 不能在 constexpr 构造函数中使用：

constexpr optional(const T& value)
    noexcept(std::is_nothrow_copy_constructible<T>::value)
    : ...
{
    new (ptr_to_storage) T(value);  // this breaks `constexpr`
}

我还能如何实现它？

Answer 1

你可以使用联合。

看看 Andrzej 是如何做到的：

https://github.com/akrzemi1/Optional/blob/master/optional.hpp#L282

template <class T>
union storage_t
{
    unsigned char dummy_;
    T value_;

    constexpr storage_t( trivial_init_t ) noexcept : dummy_() {};

    template <class... Args>
    constexpr storage_t( Args&&... args ) : value_(constexpr_forward<Args>(args)...) {}

    ~storage_t() = default;
};


template <class T>
struct optional_base
{
    bool init_;
    storage_t<T> storage_;

    constexpr optional_base() noexcept : init_(false), storage_(trivial_init) {};

    explicit constexpr optional_base(const T& v) : init_(true), storage_(v) {}

    explicit constexpr optional_base(T&& v) : init_(true), storage_(constexpr_move(v)) {}

    template <class... Args> explicit optional_base(in_place_t, Args&&... args)
        : init_(true), storage_(constexpr_forward<Args>(args)...) {}

    template <class U, class... Args, TR2_OPTIONAL_REQUIRES(is_constructible<T, std::initializer_list<U>>)>
    explicit optional_base(in_place_t, std::initializer_list<U> il, Args&&... args)
        : init_(true), storage_(il, std::forward<Args>(args)...) {}

    ~optional_base() { if (init_) storage_.value_.T::~T(); }
};

注：

如果您想得到一个既支持在 constexpr 函数的局部变量中使用，又支持在运行时使用非平凡可破坏的值的答案，则此解决方案会有些复杂。（可能，你确实想要支持这个，你不希望你的 constexpr optional 泄漏或者它不是常规可选的替代品。）

这是因为constexpr析构函数必须根据语言规则默认，但在某些情况下必须协调调用泛型参数的析构函数。

在 Andrzej 的例子中，这是通过使用 SFINAE 并打开 std::is_trivially_destructible 来切换到 optional_base class 的两种不同实现来解决的，一种带有默认析构函数，另一种没有。我在上面的列表中省略了它。如果你想要所有血淋淋的细节，我建议你阅读 Andrzej 的代码。

constexpr std::optional 可能的实现

constexpr std::optional possible implementation

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